四旋翼飞行器是一种电动的、能够垂直起降的多旋翼式遥控或者自主飞行器。具有结构简单、造价低廉、定点降落、悬停等特点。随着科技水平的进步,四旋翼飞行器的发展已经取得了很大的进步,现已被广泛应用于航拍、森林防火、侦查、救援等民用和军用领域。本文采用PID控制算法和线性自抗扰控制算法分别设计了四旋翼飞行器的控制系统。本文对于四旋翼飞行器的控制问题,分析了四旋翼飞行器的工作原理,描述了地面坐标系和机体坐标系,根据牛顿-欧拉方程建立了四旋翼飞行器的数学模型。用四元数法表示四旋翼飞行器的姿态角,并基于互补滤波数据融合算法设计了惯性测量单元模块来估计姿态角；介绍了实验室自主研发的Smart-QR飞行器实验平台的硬件结构组成和其整体系统的结构图。首先采用串级PID控制算法来设计四旋翼飞行器的控制系统。将控制系统划分俯仰、横滚、偏航和高度四个通道,每个通道都设计一个单独的串级PID控制器,其中外环回路和内环回路分别是姿态角控制回路和角速度控制回路。在Matlab/simulink环境构建飞行器的控制系统,仿真实验验证了控制算法的有效性以及抗扰性；在Keil MDK开发环境编写程序,并下载到Smart-QR飞行器的微处理器中,在线整定PID参数,通过实物实验进一步验证了其有效性。由于Smart-QR飞行器可能会挂载其它设备,已经整定好的PID参数就需要重新整定。因此,采用了基于线性自抗扰控制器来设计四旋翼飞行器的控制系统。为了避免大误差,设计了跟踪微分器为输入安排合理的过渡过程；设计了线性扩张状态观测器,能够估计系统的整体扰动并补偿到系统中,使系统简化成容易控制的串联积分型对象。在Matlab/simulink环境构建飞行器的控制系统,仿真实验验证了线性自抗扰控制算法的有效性和抗扰性,并与PID进行对比。最后,在Smart-QR飞行器上编写程序,在线整定参数,通过实物实验进一步验证了其有效性。